本實(shí)用新型涉及凈水裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種針對高氟、砷苦咸水的多效組合協(xié)同凈水裝置。
背景技術(shù)：
砷氟含量高的地下苦咸水在我國實(shí)屬比較常見的水質(zhì)，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)厝说纳眢w健康，目前而言針對此種水質(zhì)的比較有效的方法有反滲透膜處理法、吸附法等，反滲透處理法出水水質(zhì)比較好，但是水的回收率比較低，純水廢水比例在1:3甚至更低，水的浪費(fèi)比較嚴(yán)重，而且這種苦咸水TDS通常比較高在1000以上，此外由于反滲透膜過濾精度比較高，截留的微生物以及有機(jī)物質(zhì)粘附在膜表面，能夠大大降低膜的壽命與通量，而且反滲透出水接近于純水，水中對人體有益的礦質(zhì)元素也被過濾掉，長期飲用的話不會對人體產(chǎn)生有益的影響，因此本發(fā)明針對此種廢水的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種高效的光催化-納濾-納米吸附多技術(shù)協(xié)同組合凈化模式，各個主體模塊不僅僅是單一的物理排列而是互相協(xié)同，發(fā)揮1+1+1＞3的效果。
光催化降解有機(jī)物是基于在輔以光照的條件下催化劑產(chǎn)生光生電子或空穴使得有機(jī)物水溶液中的有機(jī)物得以降解的一項(xiàng)技術(shù)。該技術(shù)的原理為半導(dǎo)體在光照過程中產(chǎn)生光生電子或光生空穴等活性中間產(chǎn)物將水體中的有機(jī)物進(jìn)行還原或者氧化的一個過程。而在眾多材料中TiO2又以其光穩(wěn)定性好、無毒害作用成為研究光催化材料熱點(diǎn)之一。研究表明，納米TiO2光催化技術(shù)具有應(yīng)用條件溫和、適用范圍廣、選擇性小、操作簡便、可有效減少二次污染等突出優(yōu)點(diǎn)。其能有效降解一些難以生物降解的有毒有害有機(jī)化合物(如鹵代烴、有機(jī)酸類、硝基芳烴、鹵代芳香化合物、酚類、多環(huán)芳烴、雜環(huán)化合物、有機(jī)農(nóng)藥等)，并能實(shí)現(xiàn)污染物的完全礦化，該技術(shù)同時還可以通過氧化輔酶、破壞細(xì)胞壁(膜)和遺傳物質(zhì)(DNA)等方式殺滅細(xì)菌、病毒等致病微生物。
納濾是一種介于反滲透和超濾之間的壓力驅(qū)動膜分離過程，納濾膜的孔徑范圍在幾個納米左右，納濾的優(yōu)勢在于脫除大部分鹽分的同時保留部分礦物質(zhì)，而且有比較高的純水回收率，能至少保持在1:1，此外納濾膜凈水器不一定必需增壓泵(在特定需求下可以使用)，因?yàn)榧{濾膜凈水器的工作壓力是2bar，而國家對自來水管網(wǎng)末端的最低壓力要求也是2bar，也就是說納濾膜凈水器在使用時沒有能耗，無能耗也是納濾膜凈水器的一大特點(diǎn)，屬于真正的低碳、綠色環(huán)保的凈水模塊。
多孔材料由于具有大的比表面積，均勻的孔徑與孔道分布，因此有比較強(qiáng)的吸附性能，商業(yè)的活性氧化鋁由于產(chǎn)量大，對砷氟的吸附性與選擇性能好，因此是現(xiàn)在市面上用于飲用水除砷氟使用最為廣泛的一種濾料，但是活性氧化鋁吸附容量相當(dāng)有限，其氟飽和吸附容量大約在7.6mg/g左右，砷的飽和吸附容量為9.0mg/g，介孔氧化鋁是一種新型的多孔氧化鋁，尤其對砷氟有非常高的吸附性與選擇性，然而試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)僅僅介孔氧化鋁對較低濃度的砷氟吸附容量會大大下降，基于此本實(shí)用新型采用一種介孔的高度有序排列的鈣摻雜氧化鋁，大大的提升了材料的飽和吸附容量與吸附效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種光催化、納濾、納米吸附協(xié)同高效凈水器，氟、砷去除率高，出水率高，水質(zhì)好且環(huán)保節(jié)能。
為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：
一種光催化、納濾、納米吸附協(xié)同高效凈水器，所述凈水器包括依次連通的一級前置組合過濾裝置、二級光催化反應(yīng)器、三級納濾裝置、四級納米吸附裝置、五級后置活性炭吸附裝置。
作為改進(jìn)的一種技術(shù)方案，所述前置組合過濾裝置設(shè)有三級濾芯，其中上部濾芯為5μmPP纖維濾芯；中部濾芯為活性炭濾芯；下部濾芯為1μmPP纖維濾芯。
作為改進(jìn)的一種技術(shù)方案，所述光催化反應(yīng)器內(nèi)壁上設(shè)置有納米光催化劑層，所述光催化反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有低壓汞燈光源。
作為進(jìn)一步改進(jìn)的技術(shù)方案，所述納米光催化劑層為負(fù)載有納米二氧化鈦層的三維多孔金屬網(wǎng)。
作為優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述低壓汞燈光源為15W低壓汞燈。
作為優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述納濾裝置的納濾膜的過濾精度為1nm～10nm。
作為改進(jìn)的一種技術(shù)方案，所述納米吸附裝置中填充有納米吸附材料。
作為進(jìn)一步改進(jìn)的一種技術(shù)方案，所述納米吸附材料為有序陣列的摻雜納米鈣的介孔氧化鋁小球。
作為改進(jìn)的一種技術(shù)方案，所述后置活性炭吸附裝置中填充有椰殼活性炭。
由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是：
本實(shí)用新型的光催化、納濾、納米吸附協(xié)同高效凈水器，包括依次連通的一級前置組合過濾裝置、二級光催化反應(yīng)器、三級納濾裝置、四級納米吸附裝置、五級后置活性炭吸附裝置，待處理的原水首先進(jìn)入一級前置組合過濾裝置進(jìn)行粗濾，除去原水中泥沙、膠體等物質(zhì)，然后進(jìn)入二級光催化反應(yīng)器，在光催化模塊，高毒性低濃度以及其他有機(jī)物會被分解，病毒細(xì)菌等微生物及其分泌物也會被徹底殺滅與分解，去除了可能引起后面納濾膜污染的物質(zhì)，提升了納濾膜的耐污染性能，降低了納濾膜的負(fù)荷，保證膜通量長時間穩(wěn)定的存在，與此同時水中含有的三價(jià)砷也會被氧化為五價(jià)，降低了毒性同時提高了后面納米吸附模塊對砷(五價(jià))的去除效率，光催化出水進(jìn)入納濾濾芯，納濾脫鹽降硬度同時能夠保留部分礦物質(zhì)，有較高的水回收率，這是本發(fā)明采用納濾而非反滲透膜的主要原因，但是納濾對砷氟的去處效果不好，因此納濾后配置納米吸附模塊，納濾出水再進(jìn)入納米吸附模塊砷氟都能夠得到高效的去處，最后出水進(jìn)入后置活性炭保證良好的口感。
本實(shí)用新型的第二級凈化采用光催化反應(yīng)器，在光催化作用下，水中的有毒有害有機(jī)物質(zhì)能夠得到徹底的礦化，同時水中的微生物及其分泌物也會得到徹底的殺滅與分解，而現(xiàn)在影響膜使用壽命以及穩(wěn)定的因素就是水中的微生物(及其分泌物、膠體)與有機(jī)物質(zhì)，這樣光催化模塊在保證水質(zhì)凈化的同時提升了納濾膜的耐污染性能，降低了納濾膜的負(fù)荷，保證膜通量長時間穩(wěn)定的存在，大大延長了膜的使用壽命，與此同時原水中高毒性的三價(jià)砷會被預(yù)氧化為五價(jià)(五價(jià)砷毒性低)，能夠大大提升后置納米吸附環(huán)節(jié)對砷的吸附效率。
本實(shí)用新型第三級凈化采用納濾模塊，能夠保證高的純水回收率(回收率在50％以上)，且能保留部分有益的礦質(zhì)元素，出水TDS在100左右，是一種非常適宜人健康直飲的水質(zhì)。
本實(shí)用新型納米吸附裝置中填充的納米吸附材料為有序陣列的摻雜納米鈣的介孔氧化鋁小球，現(xiàn)有技術(shù)中活性氧化鋁是市面上用于飲用水除砷氟使用最為廣泛的一種濾料，但是活性氧化鋁吸附容量相當(dāng)有限，其氟飽和吸附容量大約在7.6mg/g左右，砷的飽和吸附容量為9.0mg/g，且其對較低濃度的砷與氟吸附容量以及效率會大幅度下降，而本發(fā)明選用的介孔氧化鋁是一種新型的多孔氧化鋁，尤其對砷氟有非常高的吸附性與選擇，，基于此本發(fā)明采用一種介孔的高度有序排列的鈣摻雜氧化鋁，有更大的比表面積與穩(wěn)定性，大大的提升了材料的飽和吸附容量與吸附效率。
本實(shí)用新型各級水處理裝置相互協(xié)同作用，發(fā)揮了1+1+1+1+1＞5的效果。
附圖說明
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中，1.前置組合過濾裝置；11.上部濾芯；12.中部濾芯；13.下部濾芯；2.光催化反應(yīng)器；21.納米光催化劑層；22.低壓汞燈光源；3.納濾裝置；4.納米吸附裝置；5.后置活性炭吸附裝置；6.增壓泵。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型作各種改動或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
如附圖所示，一種光催化、納濾、納米吸附協(xié)同高效凈水器，所述凈水器包括依次連通的前置組合過濾裝置1、光催化反應(yīng)器2、納濾裝置3、納米吸附裝置4、后置活性炭吸附裝置5。所述光催化反應(yīng)器2和納濾裝置3之間設(shè)有增壓泵6。所述前置組合過濾裝置1設(shè)有三級濾芯，其中上部濾芯11為5μmPP纖維濾芯；中部濾芯12為活性炭濾芯；下部濾芯13為1μmPP纖維濾芯。所述光催化反應(yīng)器2內(nèi)壁上設(shè)置有納米光催化劑層21，所述光催化反應(yīng)器2內(nèi)設(shè)有低壓汞燈光源22。
優(yōu)選實(shí)施例
一種光催化、納濾、納米吸附協(xié)同高效凈水器，所述凈水器包括依次連通的前置組合過濾裝置1、光催化反應(yīng)器2、納濾裝置3、納米吸附裝置4、后置活性炭吸附裝置5。所述光催化反應(yīng)器2和納濾裝置3之間設(shè)有增壓泵6。所述前置組合過濾裝置1設(shè)有三級濾芯，其中上部濾芯11為5μmPP纖維濾芯；中部濾芯12為活性炭濾芯；下部濾芯13為1μmPP纖維濾芯。所述光催化反應(yīng)器2內(nèi)壁上設(shè)置有納米光催化劑層21，所述光催化反應(yīng)器2內(nèi)設(shè)有低壓汞燈光源22。所述納米光催化劑層21為負(fù)載有納米二氧化鈦層的三維多孔金屬網(wǎng)；所述低壓汞燈光源22為15W低壓汞燈。所述納濾裝置3的納濾膜的過濾精度為1nm～10nm。所述納米吸附裝置4中填充有納米吸附材料；所述納米吸附材料為有序陣列的摻雜納米鈣的介孔氧化鋁小球。所述后置活性炭吸附裝置5中填充有椰殼活性炭。
實(shí)驗(yàn)對比例
高氟、砷苦咸水的原水水質(zhì)為：TDS：1500ppm，硬度：300ppm，氟化物：7ppm，砷：50ppb，COD：5ppm，菌落總數(shù)：1500cfu/ml。將該原水分別依次經(jīng)過以下凈水裝置或不經(jīng)過其中一級凈水裝置：
(1)將原水首先經(jīng)前置組合過濾裝置進(jìn)行前置過濾，依次經(jīng)過5μmPP纖維、活性炭和1μmPP纖維濾芯，過濾去除原水中泥沙、膠體雜物；
(2)進(jìn)入光催化反應(yīng)器，流經(jīng)負(fù)載有納米二氧化鈦的三維多孔金屬網(wǎng)的納米光催化劑層，在15W低壓汞燈光源的照射下進(jìn)行光催化氧化；
(3)經(jīng)過納濾裝置降鹽，納濾膜的過濾精度為1nm～10nm；
(4)經(jīng)過納米吸附裝置吸附去除氟、砷；納米吸附裝置的納米吸附材料為有序陣列的摻雜納米鈣的介孔氧化鋁小球；
(5)最后經(jīng)過后置活性炭吸附裝置，經(jīng)椰殼活性炭過濾并改善口感得到飲用水。
其中實(shí)驗(yàn)例1全部經(jīng)過上述步驟(1)-步驟(5)；
實(shí)驗(yàn)例2不經(jīng)過步驟(2)的光催化反應(yīng)器，前置過濾后直接進(jìn)入納濾裝置；
實(shí)驗(yàn)例3不經(jīng)過步驟(3)的納濾裝置，光催化反應(yīng)后直接進(jìn)入納米吸附裝置；
實(shí)驗(yàn)例4不經(jīng)過步驟(4)的納米吸附裝置，納濾降鹽后直接進(jìn)入后置活性炭吸附裝置。
以上實(shí)驗(yàn)例1-實(shí)驗(yàn)例4處理后得到的水的水質(zhì)如表1所示。
表1
以上四種實(shí)驗(yàn)例中，不同組合方式的凈水器對于同一水質(zhì)原水的處理情況來看，本實(shí)用新型組合凈水器具有明顯優(yōu)勢，出水在去除有害物質(zhì)后保留了對人體有益的部分礦物質(zhì)，完全達(dá)到飲用水指標(biāo)。
實(shí)驗(yàn)例2省去了光催化模塊，對出水水質(zhì)直接的影響就是出水中砷、COD與菌落總數(shù)超標(biāo)，由于光催化會對水中高毒性的三價(jià)砷預(yù)氧化到五價(jià)砷，能夠增加納濾膜與后置納米吸附濾料對砷的去除率，對于三價(jià)砷，在水中會以亞砷酸的形式存在，納濾膜對其去除效率非常低，而且到后置吸附濾料后對三價(jià)砷的去除仍然難以達(dá)到飲用水的指標(biāo)，同時由于缺少了光催化模塊，水中的菌落總數(shù)與COD去除效果也變差，這個影響不僅僅體現(xiàn)在水質(zhì)出水?dāng)?shù)據(jù)上，它更會對后期納濾膜的壽命、通量與出水效率產(chǎn)生大的負(fù)面影響，增加納濾膜的負(fù)荷。
實(shí)驗(yàn)例3省去了納濾裝置，出水的TDS與硬度會比較高，但是由于凈水器中高的水流速度無法保證濾料足夠的吸附時間(原水砷氟含量比較高，吸附時間會相應(yīng)變長)，因此砷氟會有稍微超標(biāo)但不算嚴(yán)重，但是由于濾料的總體吸附容量是有限的，進(jìn)水高的砷氟含量直接導(dǎo)致納米吸附濾料的壽命大大降低；由于光催化的存在COD與菌落總數(shù)基本達(dá)標(biāo)。
實(shí)驗(yàn)例4省掉納米吸附模塊后，由于納濾膜對砷與氟化物去除的局限性，出水砷與氟化物超標(biāo)嚴(yán)重，但是此時水中砷主要為低毒性的五價(jià)砷。